本發(fā)明涉及醫(yī)用材料領(lǐng)域，特別涉及一種可降解含鎂和鋅的磷酸鈣-硫酸鈣多孔復(fù)合生物支架。

背景技術(shù)：

骨移植是僅少于輸血的組織移植，骨替代材料的研究、開發(fā)是目前醫(yī)學(xué)研究的重點之一，中國十二五國家攻關(guān)項目中就有關(guān)于骨替代材料與機(jī)體作用機(jī)理的研究。

構(gòu)成人骨骨礦有Ca、P、C、O、H、S、Fe、Mg、Cu、Si、Zn、Mn、Na、K等元素，在人骨礦化過程中存在廣泛的同質(zhì)替換行為，人骨具有復(fù)雜的組成及結(jié)構(gòu)。在骨組織工程支架或人工骨的設(shè)計過程中，關(guān)鍵要考慮人骨這種嚴(yán)重礦化組織的復(fù)雜組成及結(jié)構(gòu)；人骨不能被單一材料所提供的有限特性所完全替代，更為重要的是，支架還必須為骨組織的再生提供三維多孔微結(jié)構(gòu)以引導(dǎo)細(xì)胞的分化增殖，而且要能維持或較快取得足夠的力學(xué)強(qiáng)度來滿足被替代材料的力學(xué)要求。理想的骨移植替代材料或骨組織工程支架材料應(yīng)具有以下條件:1)具有良好的骨傳導(dǎo)性，材料具有孔徑理想的三維互通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，盡可能高的孔隙率及比表面積2)具有骨誘導(dǎo)性；3)具有良好的生物相容性以及支持骨細(xì)胞生長和功能分化的表面化學(xué)性質(zhì)與微結(jié)構(gòu)；4)具有良好的生物降解性；5)材料中承擔(dān)骨傳導(dǎo)作用的部分必須有足夠的力學(xué)強(qiáng)度及承載能力；6)易加工等。

Johan等2010年在一篇綜述中把新西蘭臨床可得到的骨移植替代材料歸納為四類：1、單相鈣磷材料包括羥基磷灰石轉(zhuǎn)化生物陶瓷三種、合成羥基磷灰石水泥一種，β-磷酸三鈣人工陶瓷兩種；2、復(fù)合材料包括磷酸四鈣/磷酸氫鈣、62.5％α-磷酸三鈣/26.8％無水磷酸氫鈣/8.9％碳酸鈣/1.8％羥基磷灰石、60％羥基磷灰石/40％b-磷酸三鈣、73％b-磷酸三鈣/21％磷酸二氫鈣/5％磷酸氫鎂、磷酸四鈣/磷酸氫鈣/無定形磷酸鈣、α-磷酸三鈣/碳酸鈣/磷酸二氫鈣等配方的合成水泥6種，配方為80％磷酸三鈣/20％磷酸氫鈣的人工陶瓷一種；3、單相硫酸鈣制備的泥膏或顆粒共四種；4、含硅生物玻璃一種。磷灰石、硫酸鈣是目前臨床上最為常見的骨移植替代材料或構(gòu)成成分。目前臨床缺少理想的骨移植替代材料，主要表現(xiàn)在理想三維互通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)、極大的孔隙率及比表面積、可降解性、骨傳導(dǎo)性、骨誘導(dǎo)性及力學(xué)強(qiáng)度等特性多不能兼而有之。

臨床已經(jīng)應(yīng)用的具有較為理想三維互通網(wǎng)孔微結(jié)構(gòu)的人工骨均為動物材料轉(zhuǎn)化而來：其中兩個來源于牛松質(zhì)骨經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)工序制備的多孔羥基磷灰石陶瓷骨，特點是保留了牛松質(zhì)骨自然骨礦的三維互通網(wǎng)孔微結(jié)構(gòu)且成分接近人骨骨礦成分，具有良好的生物相容性、良好的骨傳導(dǎo)性及較好抗壓縮強(qiáng)度，因高溫?zé)Y(jié)程序而免卻異種骨免疫排斥反應(yīng)及病原體導(dǎo)入之可能，且易于加工。來自牛骨的多孔羥基磷灰石具有60-90％的良好孔隙率且牛骨資源豐富，其孔徑為390-1360μm，稍大于150-400μm的骨移植替代材料及骨組織工程支架的理想孔徑；具備1-20MPa的良好的抗壓縮強(qiáng)度；植入機(jī)體內(nèi)有利于骨修復(fù)細(xì)胞募集、血管的進(jìn)入、氧氣及組織液的交換，為骨修復(fù)細(xì)胞提供良好的生理活動空間與黏附支持；其巨大的缺點是高溫?zé)Y(jié)牛松質(zhì)骨得到的骨礦—羥基磷灰石太過穩(wěn)定，在體內(nèi)降解太過慢長，在鈣磷類植骨材料中溶解度最低，降解速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能與新骨形成速度匹配，亦不能持續(xù)釋放較高濃度鈣等成骨有益離子、因此缺乏良好的成骨活性，不利于骨的修復(fù)及改造。

理想的降解速度是人工骨或骨組織工程支架的另一重要要求，理想的人工骨降解速度應(yīng)該與新骨形成速度相匹配，在引導(dǎo)新骨形成的同時逐漸降解為新骨替代進(jìn)一步提供空間，其降解過程中不斷釋放的鈣離子等成骨有益離子為骨礦的重新沉積、改造與代謝提供礦物重組成分，這一過程可能刺激新骨形成即具備某種程度潛在的骨誘導(dǎo)性；人工骨或骨組織工程材料降解速度過快不利于對骨修復(fù)過程提供足夠時空的支持與引導(dǎo)，而降解過慢則會阻礙新骨的形成、替代及塑形。無機(jī)物植骨材料在體內(nèi)的降解主要通過兩個途徑：體液介導(dǎo)的溶降和細(xì)胞介導(dǎo)的降解過程。溶降過程是在體液的作用下，材料及粘結(jié)劑水解，材料逐步離解成顆粒、分子、離子的物理溶降過程。而細(xì)胞介導(dǎo)的降解過程主要是巨噬細(xì)胞和破骨細(xì)胞對材料的吞噬作用的生物降解過程。無機(jī)物植骨材料在體外的降解過程與其組成成分有關(guān)，其降解速度與材料的顆粒大小、孔隙率、比表面積、結(jié)晶度和溶解度亦有密切相關(guān)，其中溶解度是最重要的影響因素。在臨床上最為常見的骨移植替代材料中硫酸鈣具有最快的降解速度【硫酸鈣在體內(nèi)完全降解時間為45-72d，比自體骨快兩倍多】，鈣磷材料中的羥基磷灰石具有最慢的降解速度【無孔塊狀羥基磷灰石在體內(nèi)10年都不能完全降解】、有遠(yuǎn)大于新骨形成速度，其他鈣磷成分如磷酸三鈣、磷酸氫鈣、磷酸二氫鈣、多聚磷酸氫鈣、焦磷酸鈣等的降解率處于兩者之間，具備相對適中的降解速度。為了克服煅燒牛松質(zhì)骨多孔羥基磷灰石的明顯缺點，近20年來，有科學(xué)工作者試圖將煅燒牛松質(zhì)骨多孔羥基磷灰石轉(zhuǎn)化為磷酸三鈣或含磷酸三鈣的復(fù)相磷灰石陶瓷。俗稱巴黎水泥的單質(zhì)硫酸鈣泥膏、水泥顆粒是應(yīng)用于骨缺損填充的最久遠(yuǎn)的材料，因其1、良好的耐生物；2良好的空間充填特性；3較快的吸收速度及生物吸收完全；4、潛在的成骨活性；5良好的骨傳導(dǎo)作用且因為較快的吸收能為骨修復(fù)提供空間而延用至今。硫酸鈣在100毫升水中常溫下溶解0.2克左右，硫酸鈣體內(nèi)降解時在局部形成高鈣環(huán)境，為新生骨組織骨礦形成提供鈣源，與體液中的磷酸根等結(jié)合從而促進(jìn)新骨的礦化，其潛在的骨誘導(dǎo)活性與硫酸鈣溶解過程中局部高鈣、偏酸微環(huán)境有關(guān)；硫酸鈣在體內(nèi)降解在局部形成的高鈣環(huán)境為新骨形成提供鈣源的同時，還不同程度促進(jìn)成骨細(xì)胞形成、分化；硫酸鈣在體內(nèi)降解形成局部偏酸微環(huán)境可能促進(jìn)人骨骨礦微溶降，造成成骨活性蛋白顯露，而有利于新骨形成；但臨床目前應(yīng)用的硫酸鈣泥膏或顆粒同樣有合成材料的共同缺點即難以具備理想三維互通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，同時硫酸鈣體內(nèi)完全降解時間為45-72d，比自體骨快兩倍多，難以對新骨的形成做持續(xù)、穩(wěn)定的骨傳導(dǎo)支持，不能為骨組織的再生提供三維多孔微結(jié)構(gòu)即缺乏良好的骨傳導(dǎo)性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)修復(fù)細(xì)胞、血管進(jìn)入移植物內(nèi)，不利于立新骨的生物形成；即使成功制備成高孔隙率、高比表面積的三維互通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的硫酸鈣單質(zhì)支架，其降解速度會更快，強(qiáng)度更差；硫酸鈣材料溶降后還可使局部微環(huán)境偏酸而有可能引起炎癥反應(yīng)。合成復(fù)合材料的優(yōu)點是可通過選擇不同降解特性的成分及其成分構(gòu)成比例，使復(fù)合材料的降解速率、pH值等物性達(dá)到某種平衡，并且可能吸附更多種人體內(nèi)活性蛋白(信號蛋白)，改善材料的生物活性，更多地滿足骨移植替代材料的理想要求。

另外，磷酸鈣及其他生物基材料的生物活性因摻入生物活性離子可能被提高。已有的研究表明，這些生物活性離子能有效的刺激蛋白活性，促進(jìn)細(xì)胞生長和骨生長。如鋅可構(gòu)成和激活多種蛋白，刺激骨生長，而且還有抑制骨吸收的能力，臨床上磷酸鋅水泥在口腔科補(bǔ)牙時作為粘合劑已有應(yīng)用。人體約含有25g鎂，鎂在人體骨形成和所有生長過程、維護(hù)骨細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能、骨代謝及重塑方面具有重要作用。低含鎂量的磷酸鎂鈣基骨水泥能夠顯著提高細(xì)胞的粘附能力。摻鎂磷酸鈣骨水泥因為可促進(jìn)植入材料與骨組織間界面生成成為日益受到重視的新型骨修復(fù)生物材料：摻鎂骨水泥較容易配制，新西蘭等西方國家已有73％b-磷酸三鈣/21％磷酸二氫鈣/5％磷酸氫鎂配方的骨水泥在臨床上應(yīng)用。復(fù)合配方含鎂的骨水泥具備降解性，可釋放鈣、磷、鎂等骨形成有益元素，移植后在機(jī)體內(nèi)能進(jìn)行降解、離子交換，也不具備三維互通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)而阻礙修復(fù)細(xì)胞及血管早期深入移植物內(nèi)部，缺乏良好的骨傳導(dǎo)性的三維互通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

我們前期成功將煅燒牛骨多孔羥基磷灰石轉(zhuǎn)變?yōu)榱谆沂?硫酸鈣復(fù)合支架、將煅燒牛骨多孔羥基磷灰石轉(zhuǎn)變?yōu)榭山到夂V復(fù)相磷灰石多孔陶瓷，在保持煅燒牛骨多孔羥基磷灰石的理想三維互通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)、良好的機(jī)械強(qiáng)度的同時成功地改善了其降解特性，后者還成功摻入了鎂離子進(jìn)入可溶性磷酸鈣的晶格，形成有良好降解特性的摻鎂磷酸鈣如磷酸三鎂鈣等，材料在溶降時釋放成功活性離子鎂、有益離子鈣等；我們現(xiàn)在嘗試進(jìn)一步整合它們的優(yōu)點，將硫、磷、鋅、鎂摻入煅燒牛骨多孔支架，將單質(zhì)的羥基磷灰石多孔支架轉(zhuǎn)變?yōu)楹辛己媒到馓匦缘暮V和鋅的磷酸鈣與硫酸鈣復(fù)合多孔生物支架。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有骨移植替代材料難以兼具良好三維互通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)、機(jī)械強(qiáng)度、可降解性及生物活性等問題，將硫、磷、鎂、鋅同時摻入具備自然骨礦復(fù)雜精妙的三維互通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架中，將煅燒牛松質(zhì)單質(zhì)多孔羥基磷灰石轉(zhuǎn)化摻雜骨活性離子鎂和鋅的可降解磷酸鈣-硫酸鈣復(fù)合支架材料，本發(fā)明的含鎂和鋅的磷酸鈣-硫酸鈣多孔復(fù)合生物支架兼具良好三維互通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)與骨傳導(dǎo)性、可降解性、較好機(jī)械強(qiáng)度和生物相容性；同時網(wǎng)孔內(nèi)有較大長徑比的硫酸鈣晶須生長，可增加材料的比表面積，可能改善細(xì)胞粘附。因有效摻入了成骨活性離子鎂、鋅及降解時可產(chǎn)生局部高鈣環(huán)境的硫酸鈣，復(fù)合生物支架可能具備潛在的骨誘導(dǎo)性。該復(fù)合生物支架可能更多地滿足了骨移植替代材料或骨組織工程支架材料的理想的條件。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種可降解含鎂和鋅的磷酸鈣-硫酸鈣多孔復(fù)合生物支架，通過將牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架經(jīng)含有鎂源、鋅源、硫源及磷源的四元體系處理，取出干燥后，高溫煅燒而得。

X線粉末衍射分析該復(fù)合生物支架材料為含活性離子鎂和鋅的磷酸鈣-硫酸鈣多孔復(fù)合生物支架材料如硫酸鈣/焦磷酸鋅/磷酸鎂鋅、硫酸鈣/焦磷酸鋅/磷酸鎂鈣/羥基磷灰石、硫酸鈣/磷酸鋅/磷酸鎂鈣、硫酸鈣/磷酸鎂鋅/焦磷酸鎂等。復(fù)合支架含有良好降解速度的含鎂、鋅磷灰石成分如磷酸三鎂鈣、焦磷酸鎂、磷酸鎂鋅、焦磷酸鋅、磷酸三鋅等，有較快的吸收速度及生物吸收完全且具有潛在的成骨活性的硫酸鈣、部分材料還含有磷化合物中最慢溶降速度羥基磷灰石；由于復(fù)合生物支架材料各種成分之間的溶降速度差別明顯，該復(fù)合生物支架材料可實現(xiàn)梯度降解；由于我們通過改變復(fù)方配方中的反應(yīng)物質(zhì)量比、及濃度、浸漬及水熱反應(yīng)時間、煅燒溫度及時間等靈活有效改變復(fù)合生物支架材料的組分及其質(zhì)量比，復(fù)合生物支架材料的降解速度因而可有效實現(xiàn)調(diào)控，如在實驗條件范圍內(nèi)其他條件不變的情況下，隨著溶液中硫量的增大硫酸鈣含量可逐漸加大；隨著單位溶液中加磷量的增大，鈣磷比為1.67的羥基磷灰石逐漸向鋅磷、(鈣+鎂)磷、(鋅+鎂)磷比為1.5的磷酸三鋅、磷酸三鎂鈣、磷酸鎂鋅及鋅磷、鎂磷比為1的焦磷酸鋅、焦磷酸鎂轉(zhuǎn)變，我們能有效調(diào)控支架成分的組成及質(zhì)量比，因此該復(fù)合生物支架材料的溶降速度可實現(xiàn)有效調(diào)控。復(fù)合生物支架材料的在模擬體液環(huán)境下早期即可形成有利于新骨形成的高鈣環(huán)境，并有鈣、鎂、鋅離子持續(xù)釋放，可能支持該復(fù)合生物支架材料的潛在成骨活性。該復(fù)合生物支架材料保留了牛自然骨骨礦精妙的三維互通網(wǎng)孔微結(jié)構(gòu)及其良好的機(jī)械強(qiáng)度，并且同時網(wǎng)孔內(nèi)生長內(nèi)有較大長徑比的晶須生長，可增加材料的比表面積，可改善細(xì)胞及蛋白的黏附。動物骨松質(zhì)骨缺損區(qū)移植觀察到骨修復(fù)細(xì)胞在支架內(nèi)良好的黏附、增殖、分化、分泌骨基質(zhì)，在支架內(nèi)可見極早的血管形成，成骨過程類似生理狀態(tài)的膜內(nèi)成骨；觀察期未見明顯免疫排斥反應(yīng)及炎性反應(yīng)，提示復(fù)合生物支架材料具有良好的生物相容性，動物骨缺損區(qū)移植有快而良好的骨修復(fù)也提示復(fù)合生物支架材料可能的潛在成骨活性。

作為優(yōu)選，所述將牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架含有鎂源、鋅源、硫源及磷源的四元體系處理的選擇以下方案之一：

方案一：將牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架先在鎂源-鋅源復(fù)合溶液中浸漬并蒸干后，再進(jìn)入硫源-磷源復(fù)合溶液中水熱反應(yīng)；

方案二：將牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架在鎂源-鋅源-硫源-磷源復(fù)合溶液中浸漬的同時水熱反應(yīng)。

作為優(yōu)選，所述水熱反應(yīng)采用恒溫水熱方式，控制溫度60-70℃，時間36-72小時。

作為優(yōu)選，方案一中，牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架與鎂源-鋅源復(fù)合溶液的料液比為10g：40-60mL，牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架與硫源-磷源復(fù)合溶液的料液比為10g：50-100mL。作為優(yōu)選，方案二中，牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架與鎂源-鋅源-硫源-磷源復(fù)合溶液的料液比為10g：50-100mL。

作為優(yōu)選，所述高溫煅燒的參數(shù)為750-900℃煅燒2-9小時。

作為優(yōu)選，所述鎂源為硫酸鎂；所述鋅源為硝酸鋅；所述硫源為硫酸與可溶性硫酸鹽的組合，所述可溶性硫酸鹽為硫酸鎂或硫酸鎂與硫酸鈉的組合；所述磷源為磷酸或磷酸與磷酸氫二銨的組合。

鎂源中的硫酸鎂既是鎂離子提供源，同時又可作為硫源。

作為優(yōu)選，所述含有鎂源、鋅源、硫源及磷源的四元體系中鎂離子的終濃度為0.05-0.2mol/L，鋅離子的終濃度為0.2-0.8mol/L。

作為優(yōu)選，所述含有鎂源、鋅源、硫源及磷源的四元體系中硫酸終濃度為0.1-0.2mol/L，由硫酸鹽提供的硫酸根終濃度為0.05-0.2mol/L，磷酸終濃度為1.7-3.4wt％，由磷酸氫二銨提供的磷終濃度為0.1-0.8mol/L。硫酸鹽包含鎂源和硫源中所有硫酸鹽。

作為優(yōu)選，所述可降解含鎂和鋅的磷酸鈣-硫酸鈣多孔復(fù)合生物支架其材料組成為如下復(fù)合成分中的一種：硫酸鈣/焦磷酸鋅/磷酸鎂鋅、硫酸鈣/焦磷酸鋅/磷酸鎂鈣/羥基磷灰石、硫酸鈣/磷酸鋅/磷酸鎂鈣、硫酸鈣/磷酸鎂鋅/焦磷酸鎂。

作為優(yōu)選，所述可降解含鎂和鋅的磷酸鈣-硫酸鈣多孔復(fù)合生物支架中鎂離子占總陽離子的摩爾百分比為1-15％，鋅離子占總陽離子的摩爾百分比為10-85％。

作為優(yōu)選，所述牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架的孔隙率70-85％，孔徑400-1400μm。

作為優(yōu)選，所述可降解含鎂和鋅的磷酸鈣-硫酸鈣多孔復(fù)合生物支架其材料可梯度降解；所述可降解含鎂和鋅的磷酸鈣-硫酸鈣多孔復(fù)合生物支架保持了牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架的三維互通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)及機(jī)械強(qiáng)度，同時網(wǎng)孔內(nèi)有較大長徑比的晶須生長，晶須長徑比為8-25:1，可有效增加材料的比表面積。

作為優(yōu)選，所述牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架的制備方法為：

(1)將牛松質(zhì)骨切割成厚0.5-1cm的骨條或骨塊得原料骨；

(2)原料骨置于蒸餾水內(nèi)在高壓鍋內(nèi)蒸煮40-60min，然后用40-60℃飲用水清洗干凈，重復(fù)本步驟4-6次；

(3)將步驟(2)處理后的原料骨在恒溫烘箱內(nèi)80-120℃干燥12-24小時，然后置于煅燒爐內(nèi)，900-1200℃煅燒8-12小時，冷卻后得牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明可穩(wěn)定有效地將牛煅燒松質(zhì)多孔羥基磷灰石單質(zhì)支架(牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架)轉(zhuǎn)化組分變化豐富的可降解摻鎂和鋅的磷酸鈣-硫酸鈣復(fù)合支架材料如硫酸鈣/焦磷酸鋅/磷酸鎂鋅、硫酸鈣/焦磷酸鋅/磷酸鎂鈣/羥基磷灰石、硫酸鈣/磷酸鋅/磷酸鎂鈣、硫酸鈣/磷酸鎂鋅/焦磷酸鎂等。本發(fā)明有效摻入了成骨活性離子鎂離子、鋅離子及硫酸根離子、磷離子等；含鎂成分為具有良好降解特性的磷酸三鎂鈣、磷酸鎂鋅、焦磷酸鎂，含鎂成分占材料總質(zhì)量的9.5-80％，鎂離子的含量與總陽離子的摩爾比為1.0-15％；含鋅成分為具有良好降解特性的磷酸鎂鋅、焦磷酸鋅、磷酸三鋅等，含鋅成分占材料總質(zhì)量的10-88％，鋅離子的含量與總陽離子的摩爾比為10-85％；復(fù)合支架含具有較快降解速度、能完全降解并具潛在骨誘導(dǎo)活性離子的硫酸鈣，硫酸鈣占復(fù)合材料總質(zhì)量的12-60％；部分復(fù)合支架還含有羥基磷灰石。

復(fù)合生物支架材料保持了自然骨骨礦三維互通網(wǎng)孔微結(jié)構(gòu)及其較好的機(jī)械強(qiáng)度，同時網(wǎng)孔內(nèi)有束狀較大長徑比的晶須生長，晶須長徑比為8-25:1，可有效增加材料的比表面積而改善細(xì)胞粘附。由于組分的溶降速度存在較大差異，因此復(fù)合生物支架材料可實現(xiàn)階梯性溶降；又由于根據(jù)配方及生產(chǎn)工藝可有效調(diào)控該復(fù)合生物支架材料的組分及其質(zhì)量比，如在實驗條件范圍內(nèi)其他條件不變的情況下，隨著溶液中硫量的增大硫酸鈣含量可逐漸加大；隨著單位溶液中加磷量的增大，鈣磷比為1.67的羥基磷灰石逐漸向鋅、(鈣+鎂)、(鋅+鎂)磷比微為1.5的磷酸三鎂鈣、磷酸鎂鋅、磷酸三鋅及鋅磷、鎂磷比為1的焦磷酸鋅、焦磷酸鎂轉(zhuǎn)變，我們能有效調(diào)控支架成分的組成及質(zhì)量比，因此該復(fù)合生物支架材料的溶降速度可實現(xiàn)有效調(diào)控。硫酸鈣的降解可形成的早期高鈣環(huán)境，含鎂、鋅可降解磷酸鈣如磷酸三鎂鈣、磷酸鎂鋅、磷酸三鋅及焦磷酸鋅、焦磷酸鎂降解可持續(xù)釋放成骨活性離子鎂、鋅及鈣離子等，有利于新骨形成并為骨修復(fù)提供進(jìn)一步的空間；材料在較大比例的溶降后仍可保持良好的機(jī)械強(qiáng)度及網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，這些在模擬體液溶降實驗可得到證實，電鏡下可見含鎂、鋅磷酸鈣-硫酸鈣復(fù)合支架的溶降與重新沉積。本發(fā)明的煅燒牛松質(zhì)骨骨礦轉(zhuǎn)化含鎂、鋅磷酸鈣-硫酸鈣復(fù)合支架材料在動物松質(zhì)骨骨缺損區(qū)移植時，可見修復(fù)細(xì)胞良好的募集、黏附、增殖分化、分泌基質(zhì)及快速的血管網(wǎng)形成，材料可實現(xiàn)類似生理狀態(tài)的膜內(nèi)成骨，提示煅燒牛松質(zhì)骨骨礦轉(zhuǎn)化摻鎂、鋅磷酸鈣-硫酸鈣復(fù)合支架良好的骨傳導(dǎo)性及潛在的骨誘導(dǎo)活性；觀察過程中未發(fā)現(xiàn)免疫排斥反應(yīng)及明顯的炎癥，提示煅燒牛松質(zhì)骨骨礦轉(zhuǎn)化摻鎂、鋅的磷酸鈣-硫酸鈣復(fù)合支架具備良好的生物相容性。

總之，煅燒牛松質(zhì)骨骨礦轉(zhuǎn)化含鎂、鋅的磷酸鈣-硫酸鈣多孔復(fù)合支架材料兼具良好三維互通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)與骨傳導(dǎo)性、可降解性、較好機(jī)械強(qiáng)度和生物相容性；同時網(wǎng)孔內(nèi)有較大長徑比的硫酸鈣晶須生長，可增加材料的比表面積改善細(xì)胞粘附。因有效摻入了成骨活性離子鎂、鋅及降解時可產(chǎn)生局部高鈣環(huán)境的硫酸鈣，復(fù)合生物支架材料可能具備潛在的骨誘導(dǎo)性。該復(fù)合生物支架可能更多地滿足了骨移植替代材料或骨組織工程支架材料的理想的條件。

附圖說明

圖1是本發(fā)明產(chǎn)品的一種成分XRD分析圖。

圖2是本發(fā)明產(chǎn)品的一種的掃描電鏡圖。

圖3是本發(fā)明產(chǎn)品在模擬體液溶降實驗早期鈣值(n＝3，人血清鈣離子參考值2-2.67mmol/l)。

圖4本發(fā)明產(chǎn)品的一種模擬體液溶降實驗后材料的掃描電鏡圖。

圖5是本發(fā)明產(chǎn)品的一種移植實驗早期組織學(xué)圖示。

圖6是本發(fā)明產(chǎn)品的另一種移植實驗早期組織學(xué)圖示。

圖7是本發(fā)明產(chǎn)品的一種移植實驗后期期組織學(xué)圖示。

具體實施方式

下面通過具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體說明。

本發(fā)明中，若非特指，所采用的原料和設(shè)備等均可從市場購得或是本領(lǐng)域常用的。下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。

牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架的制備例1：

(1)將牛松質(zhì)骨(牛股骨髁松質(zhì)骨)切割成厚0.5cm的骨條得原料骨；

(2)原料骨置于蒸餾水內(nèi)在高壓鍋內(nèi)蒸煮40分鐘，然后用40℃水清洗干凈，重復(fù)本步驟6次；

(3)將步驟(2)處理后的原料骨在恒溫烘箱內(nèi)80℃干燥24小時，然后置于煅燒爐內(nèi)，900℃(升溫速率10℃/分鐘)煅燒12小時，隨爐冷卻后得牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架。

牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架的制備例2：

(1)將牛松質(zhì)骨(牛股骨髁松質(zhì)骨)切割成厚1㎝的骨塊得原料骨；

(2)原料骨置于蒸餾水內(nèi)在高壓鍋內(nèi)蒸煮60min，然后用60℃水清洗干凈，重復(fù)本步驟4次；

(3)將步驟(2)處理后的原料骨在恒溫烘箱內(nèi)120℃干燥12小時，然后置于煅燒爐內(nèi)，1200℃(升溫速率10℃/分鐘)煅燒8小時，隨爐冷卻后得牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架。

牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架的制備例3：

(1)將牛松質(zhì)骨(牛股骨髁松質(zhì)骨)切割成厚0.8㎝的骨條得原料骨；

(2)原料骨置于蒸餾水內(nèi)在高壓鍋內(nèi)蒸煮50min，然后用50℃水清洗干凈，重復(fù)本步驟5次；

(3)將步驟(2)處理后的原料骨在恒溫烘箱內(nèi)100℃干燥18小時，然后置于煅燒爐內(nèi)，1000℃(升溫速率10℃/分鐘)煅燒10小時，隨爐冷卻后得牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架。

總實施方案1：

A：按所述含有鎂源、鋅源、硫源及磷源的四元體系中鎂離子的終濃度為0.05-0.2mol/L，鋅離子的終濃度為0.2-0.8mol/L；硫酸終濃度為0.1-0.15mol/L，由硫酸鹽提供的硫酸根終濃度為0.05-0.3mol/L，磷酸終濃度為1.7-3.4wt％，由磷酸氫二銨提供的磷終濃度為0.1-0.8mol/L進(jìn)行配料。

B：稱取硝酸鋅、硫酸鎂先配制硝酸鋅、硫酸鎂溶液，牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架與鎂源-鋅源復(fù)合溶液固液比為10g：40-60毫升；將牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架浸入硫酸鎂溶液中，浸漬15-30分鐘后微波干燥：微波輸出功率300-500w，時間15-24分鐘。

C：按牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架與硫源、磷源復(fù)合溶液的固液比為10g：50-100毫升配制硫源、磷源復(fù)合溶液，將步驟B處理后的牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架沉浸浸漬及水熱反應(yīng)，水熱反應(yīng)采取恒溫水熱反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度60-70℃，反應(yīng)時間為36-72小時。

D：取出多孔支架恒溫烘箱內(nèi)70-90℃干燥產(chǎn)24-48小時。

E：將步驟D處理后的牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架在置于煅燒爐內(nèi)，750-900℃(升溫速率2.5℃/分鐘)煅燒2-9小時，隨爐冷卻后得牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架轉(zhuǎn)化材料?？倢嵤┓桨?：

A：按所述含有鎂源、鋅源、硫源及磷源的四元體系中鎂離子的終濃度為0.05-0.2mol/L，鋅離子的終濃度為0.2-0.8mol/L；硫酸終濃度為0.1-0.15mol/L，由硫酸鹽提供的硫酸根終濃度為0.05-0.3mol/L，磷酸終濃度為1.7-3.4wt％，由磷酸氫二銨提供的磷終濃度為0.1-0.8mol/L進(jìn)行配料。

B：按鎂源-鋅源-硫源-磷源復(fù)合溶液的料液比為10g：50-100mL配制鎂源-鋅源-硫源-磷源復(fù)合溶液，將牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架沉浸浸漬及水熱反應(yīng)，水熱反應(yīng)采取恒溫水熱反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度60-70℃，反應(yīng)時間為36-72小時。

C：取出多孔支架恒溫烘箱內(nèi)70-90℃干燥產(chǎn)24-48小時。

D：將步驟C處理后的牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架在置于煅燒爐內(nèi)，750-900℃(升溫速率2.5℃/分鐘)煅燒2-9小時，隨爐冷卻后得牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架轉(zhuǎn)化材料。

每一樣品進(jìn)行大體觀察進(jìn)行X射線粉末衍射(Xray diffraction,XRD)分析；選擇部分樣品進(jìn)行用掃描電鏡進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)觀察；進(jìn)行模擬體液溶降實驗、骨缺損修復(fù)的動物實驗等。大體觀察觀察材料的大體形態(tài)、強(qiáng)度等，部分樣品用INSTRON—5566測試壓縮強(qiáng)度。模擬體液溶降實驗用醫(yī)用氯化鈉注射液作為模擬體液，檢測材料與模擬體液的固液質(zhì)量體積比為1克：100毫升，置入有蓋燒杯內(nèi)，在37℃恒溫條件下進(jìn)行模擬體液溶降實驗，溶降實驗時30天，每隔3天用AU5800全自動生化分析儀檢測模擬體液內(nèi)鈣、磷、鎂離子測定，溶降的前15天在每3天更換模擬體液40％，后期不更換模擬體液；用國產(chǎn)電子天平測定溶降實驗30天后樣品的質(zhì)量并計算降解率；進(jìn)行溶降實驗開始前、結(jié)束時材料的XRD分析與掃描電鏡觀察等。動物骨缺損修復(fù)試驗選擇48只健康新西蘭白兔，在兔股骨髁造成直徑8mm的骨缺損，隨機(jī)分為為實驗組(多孔復(fù)合生物材料)及對照組(進(jìn)口合成鈣磷材料)。分別對實驗組和對照組兔做出相同的人為骨缺損，然后實驗組兔采用多孔復(fù)合生物材料進(jìn)行骨缺損修復(fù)，對照組兔采用進(jìn)口合成鈣磷骨替代材料進(jìn)行骨缺損修復(fù)，術(shù)后1、2、4、8周處死實驗動物，進(jìn)行骨缺損修復(fù)的組織學(xué)檢查。

實施例1

604153

按0.2mol/L六水硫酸鎂、0.4mol/L六水硝酸鋅、3.4wt％磷酸、0.1mol/L硫酸、0.4mol/L磷酸氫二銨的量取六水硫酸鎂2.4克、六水硝酸鋅5.9克、磷酸(85wt％)2毫升、硫酸5毫升、磷酸氫二銨2.64克。先用硫酸鎂2.4克、硝酸鋅5.9克配制鎂、鋅復(fù)合溶液50毫升，取牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架10克沉浸其中，用微波干燥之；取硫酸5毫升、磷酸2毫升、磷酸氫二銨2.64克配制磷、硫復(fù)合溶液50毫升，將牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架投入其中70℃反應(yīng)60小時，取出后70℃干燥48小時；每分鐘升溫2.5℃至750℃，維持2小時后隨爐降至室溫得604153A；

604153A

CaSO₄ 43.3％

(Zn_0.73Mg_0.27)₃(PO₄)₂ 46.1％

Mg₂(P₂O₇) 10.6％。

實施例2

602154

按0.1mol/L六水硫酸鎂、0.6mol/L六水硝酸鋅、1.7wt％磷酸、0.1mol/L硫酸、0.4mol/L磷酸氫二銨的量取六水硫酸鎂1.2克、六水硝酸鋅8.93克、磷酸1毫升、硫酸5毫升、磷酸氫二銨2.64克。先用硫酸鎂1.2克、硝酸鋅5.9克配制鎂、鋅復(fù)合溶液50毫升，取牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架10克沉浸其中，用微波干燥之；硫酸5毫升、磷酸1毫升、磷酸氫二銨2.64克配制磷、硫復(fù)合溶液50毫升，恒溫70℃反應(yīng)60小時，取出后70℃干燥48小時；每分鐘升溫2.5℃至750℃，維持2小時后隨爐降至室溫得602154A；

602154A

CaSO₄ 18.1％

Zn₂(P₂O₇) 21.7％

(Zn_0.73Mg_0.27)₃(PO₄)₂ 60.2％。

實施例3

602155

按0.1mol/L六水硫酸鎂、0.5mol/L六水硝酸鋅、1.7wt％磷酸、0.1mol/L硫酸、0.4mol/L磷酸氫二銨的量取六水硫酸鎂1.2克、六水硝酸鋅6.94克、磷酸1毫升、硫酸5毫升、磷酸氫二銨2.64克。先用硫酸鎂1.2克、硝酸鋅8.93克配制鎂、鋅復(fù)合溶液50毫升，取牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架5克沉浸其中，用微波干燥之；硫酸5毫升、磷酸1毫升、磷酸氫二銨2.64克配制磷、硫復(fù)合溶液50毫升，恒溫70℃反應(yīng)60小時，取出后70℃干燥48小時；每分鐘升溫2.5℃至750℃煅燒，維持2小時后隨爐降至室溫得602155A；

602155A

CaSO₄ 37.8％

(Zn_0.73Mg_0.27)₃(PO₄)₂ 46.1％

Zn₂(P₂O₇) 14.6％。

實施例4

604156

按0.05mol/L六水硫酸鎂、0.6mol/L六水硝酸鋅、1.7wt％磷酸、0.1mol/L硫酸、0.6mol/L磷酸氫二銨的量取六水硫酸鎂0.6克、六水硝酸鋅8.93克、磷酸1毫升、硫酸5毫升、磷酸氫二銨3.96克。先用硫酸鎂0.6克、硝酸鋅8.93克配制鎂、鋅復(fù)合溶液50毫升，取牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架5克沉浸其中，用微波干燥之；用硫酸5毫升、磷酸1毫升、磷酸氫二銨3.96克配制硫、磷復(fù)合溶液50毫升，恒溫70℃反應(yīng)60小時，取出后70℃干燥48小時；每分鐘升溫2.5℃至750℃，維持2小時后隨爐降至室溫得604156A；

604156A

CaSO₄ 12.4％

Zn₂(P₂O₇) 22.5％

(Zn_0.73Mg_0.27)₃(PO₄)₂ 55.1％。

實施例5

604157

按0.05mol/L六水硫酸鎂、0.8mol/L六水硝酸鋅、1.7wt％磷酸、0.1mol/L硫酸、0.8mol/L磷酸氫二銨的量取六水硫酸鎂0.6克、六水硝酸鋅8.93克、磷酸1毫升、硫酸5毫升、磷酸氫二銨5.28克。先用硫酸鎂0.6克、硝酸鋅8.93克配制鎂、鋅復(fù)合溶液50毫升，取牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架10克沉浸其中，用微波干燥之；用硫酸5毫升、磷酸1毫升、磷酸氫二銨5.28克配制硫、磷復(fù)合溶液50毫升，70℃反應(yīng)60小時，取出后70℃干燥48小時；每分鐘升溫2.5℃至750℃，維持2小時后隨爐降至室溫得604157A；

604157A

CaSO₄ 11.8％

Zn₂(P₂O₇) 46.3％

(Zn_0.73Mg_0.27)₃(PO₄)₂ 41.9％。

實施例6

601154

按0.05mol/L六水硫酸鎂、0.2mol/L硝酸鋅、1.7w％磷酸、0.15mol/L硫酸量取六水硫酸鎂0.6克、六水硝酸鋅2.97g、磷酸1毫升、硫酸5毫升。先量取六水硫酸鎂0.6克、硝酸鋅2.97克，配制鎂、鋅復(fù)合溶液50毫升，用牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架5克浸漬并微波干燥之；用1mol/L硫酸5毫升、磷酸1毫升配制硫、磷復(fù)合溶液50毫升，將牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架投入其中，恒溫60℃水熱反應(yīng)72小時；每分鐘升溫2.5℃至750℃，維持2小時后隨爐降至室溫得601154A；

實施例7

605093

按0.05mol/L六水硫酸鎂、0.3mol/L硝酸鋅、1.7wt％磷酸、0.1mol/L硫酸量取六水硫酸鎂0.6克、硝酸鋅4.46克、磷酸1毫升、硫酸5毫升。取硫酸鎂0.6克、硝酸鋅4.46配制鎂、鋅復(fù)合50毫升，將孔隙率約85％的牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架5克沉浸其中，微波干燥；用硫酸5毫升、磷酸1.5毫升、磷酸氫二銨2.64克配制硫、磷復(fù)合溶液50毫升，將牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架投入其中70℃反應(yīng)60小時，取出后90℃干燥20小時重6.21克；每分鐘升溫2.5℃至750℃，維持2小時后隨爐降至室溫得605093；

實施例8

605095

按0.05mol/L六水硫酸鎂、0.2mol/L硝酸鋅、2.55wt％磷酸、0.1mol/L硫酸、0.4磷酸氫二銨量取六水硫酸鎂0.6克、硝酸鋅2.97克、磷酸1.5毫升、硫酸5毫升、磷酸氫二銨2.64克。取硫酸鎂0.6克、硝酸鋅2.97克配制鎂、鋅復(fù)合溶液50毫升，將孔隙率約85％的牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架5克沉浸其中，微波干燥；用硫酸5毫升、磷酸1.5毫升、磷酸氫二銨2.64克配制硫、磷復(fù)合溶液50毫升，將牛煅燒松質(zhì)骨骨礦多孔支架投入其中70℃反應(yīng)60小時，取出后90℃干燥20小時重6.14克；每分鐘升溫2.5℃至750℃，維持2小時后隨爐降至室溫得605095；

檢測結(jié)果：

材料大體觀察、強(qiáng)度測定、XRD成分分析及掃描電鏡觀察

各種產(chǎn)品完好保持牛松質(zhì)骨的預(yù)制形態(tài)，無碎裂、崩塌或粉末化等，具有較好的機(jī)械強(qiáng)度；10×10×10mm的1-5號標(biāo)本用INSTRON—5566松質(zhì)骨測試壓縮強(qiáng)度見表1。X線衍射(XRD)檢測證實浸漬鎂、鋅的煅燒牛松骨礦支架與硫源-磷源復(fù)合溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，干燥后經(jīng)煅燒可轉(zhuǎn)化為摻鎂、鋅可降解磷灰石-硫酸鈣多孔復(fù)合生物支架材料如硫酸鈣/焦磷酸鋅/磷酸鎂鋅、硫酸鈣/焦磷酸鋅/磷酸鎂鈣/羥基磷灰石、硫酸鈣/磷酸鋅/磷酸鎂鈣、硫酸鈣/磷酸鎂鋅/焦磷酸鎂等復(fù)合物參照圖1所示。含鎂成分為具有良好降解特性的磷酸三鎂鈣、磷酸鎂鋅、焦磷酸鎂等，含鎂成分占材料總質(zhì)量的9.5-80％，鎂離子的含量與總陽離子的摩爾比為1.0-15：100；含鋅成分為具有良好降解特性的磷酸鎂鋅、焦磷酸鋅、磷酸三鋅等，含鋅成分占材料總質(zhì)量的10-88％，鋅離子的含量與總陽離子的摩爾比為10-85:100；復(fù)合支架含具有較快降解速度、能完全降解并具潛在骨誘導(dǎo)活性離子的硫酸鈣，硫酸鈣占復(fù)合材料總質(zhì)量的12-60％；部分復(fù)合支架還含有羥基磷灰石。電鏡掃描發(fā)現(xiàn)(參照圖2)，產(chǎn)品保持了牛松質(zhì)骨自然骨骨礦的三維互通網(wǎng)孔微結(jié)構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)，同時網(wǎng)孔內(nèi)有較大長徑比的硫酸鈣晶須生長，可增加材料的比表面積，可能改善細(xì)胞粘附。

表1壓縮強(qiáng)度

2、材料的體外溶降實驗

模擬體液溶降實驗用醫(yī)用氯化鈉注射作為模擬體液，檢測材料與模擬體液的固液質(zhì)量體積比為1-2克：100毫升，置入有蓋燒杯內(nèi)，在37℃恒溫條件下進(jìn)行模擬體液溶降實驗，溶降實驗時間4周，用AU5800全自動生化分析儀檢測模擬體液內(nèi)鈣、磷、鎂等離子測定，用國產(chǎn)電子天平測定4周時材料的質(zhì)量并計算降解率；進(jìn)行溶降實驗開始前、結(jié)束時材料的XRD分析與掃描電鏡觀察等。實驗發(fā)現(xiàn)材料有較好的降解率(表2)，模擬體液實驗的早期(半月內(nèi))多數(shù)樣品模擬體液中有較高的鈣離子濃度即維持在人血清正常參考值(2-2.67mmol/l)中間值的1-4倍之間(圖3)；亦有活性離子鎂、鋅釋放。溶降實驗結(jié)束時支架網(wǎng)孔變大、機(jī)械強(qiáng)度良好(表3)。模擬體液實驗材料的XRD分析發(fā)現(xiàn)，材料的成分及質(zhì)量比隨時間變化而發(fā)生變化，硫酸鈣及含鎂、鋅磷磷灰石成分等逐漸減少或消失、支架材料漸變?yōu)榱u基磷灰石。掃描電鏡可發(fā)現(xiàn)材料的溶降及礦物成分的重新沉積(圖4)。表2材料在模擬體液內(nèi)浸泡4周的降解率(n＝3)

表3溶降實驗后壓縮強(qiáng)度

3、動物骨缺損修復(fù)試驗

多孔復(fù)合生物材料組的移植早期(1周)即可見細(xì)胞、血管進(jìn)入支架的整個空間，可見修復(fù)細(xì)胞增殖、分化、分泌骨基質(zhì)(圖5、圖6)；兩周即有骨小梁形成，新生骨組織與支架有完美的結(jié)合(圖7)。觀察過程中未發(fā)現(xiàn)免疫排斥反應(yīng)及明顯的炎癥，材料具備良好的生物相容性。

以上所述的實施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，在不超出權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案的前提下還有其它的變體及改型。